小米隔空充电安全吗?对人体到底有没有伤害?

时间:2021-02-08 17:26:25 来源: MyWishList买微力 头条号


如果各位关注上礼拜科技新闻的话,肯定听说了小米刚刚发布的自研的隔空充电技术。在该技术发布之后,有一些网友表达了对其辐射问题的担忧和讨论,其中不乏一些微博大V。

不过,有鉴于当前新浪微博鱼龙混杂,即便是一些“专业人士”也经常被“打脸”。所以我们今天就从辐射对外界影响的三个方面——电离(光电效应)、感应电流和热效应——来详细探究一下,隔空充电对人体到底有没有伤害。

注:由于物理发展的历史原因,所以辐射、电磁波、光这几个概念是相互包含的。大致来说,辐射包含电磁波 以及 α 和 β 射线这类高速带电粒子流,而光(一般指可见光)则属于电磁波的一种。

隔空充电会让我们得辐射综合征么?

先说结论:不会。因为急性或慢性辐射综合征(或其引发的癌症)是由过量电离辐射引起。在说电离辐射之前,我们先了解一下光电效应。

光电效应是指在高于某特定频率(该频率被定义为极限频率)的电磁波照射下,某些物质内部的电子吸收能量后逸出而形成电流。这份能量的大小我们通常称其为“逸出功”。不同材质的物体需要的逸出功各不相同,通常来说容易产生自有电子的材质——例如金属、半导体(如 CMOS、太阳能电池板)的 PN 结部分等需要的逸出功比较小;而受共价键或离子键束缚的电子如果要逸出,那么需要给电子的逸出功就要大不少。

根据爱因斯坦《关于光的产生和转化的一个试探性观点》中的看法,光束可以被描述为一群离散的量子,也就是光子。光子的能量则可以被表示为 E=hf,其中 f 为光的频率,h 为普朗克常数即一个定值。也就是说电磁波能赋予电子多少能量和电磁波自身的频率有关,频率越高能量越大、电离能力就越强。而上一段说的逸出功,将其带入到 E=hf 中的 E 里,就能得出对应的极限频率 f。

所以这就能解释为何只有在电磁波高于某个频率下才会形成光电效应:只要光子的能量(和频率正相关)低于逸出功的大小,那么无论用光强多大的电磁波照射物体,光子也无法给电子足够的能量让其脱离原子核或化学键的束缚,即无法产生光电效应。

同样的道理,当电磁波的频率高于约 3×10^15Hz 时,由于超过了能使物体产生电离作用的极限频率,所以过量照射后就会破坏人体内分子结构,导致辐射综合征。对于这种辐射我们通常称其为电离辐射。

所以,只要隔空充电时的电磁波不属于电离辐射,无论它的功率有多大,都无法电离我们身体内的分子(包括 DNA 分子),也就不会对普通人的健康产生影响。

那么小米隔空充电使用的是哪种电磁波呢?

首先根据雷军自己的科普微博,可以知道这种电磁波的波段为毫米波,频率范围大致在 30~300Ghz 、波长在 1mm 到 10mm 之间,即 EHF(极高频)。

在电磁波谱上,毫米波属于微波的一种,大致位于下图所示的位置。

由于图中越靠左电磁波的频率越低,波长越长,而越靠右则频率越高,波长越短。所以我们现在可以得出两个结论:

小米隔空充电采用的毫米波所处的微波频段属于非电离辐射

小米隔空充电采用的毫米波频率比可见光还低

回顾辐射综合征的原因——遭到过量的电离辐射照射。既然现在小米隔空充电用的毫米波连电离辐射都不是,所以担心个啥?

加上频率越高光子能量越高,所以与其担心隔空充电会诱发癌症,倒不如担心一下白天的太阳光和晚上的灯光,毕竟可见光频段的电离能力可比微波强多了。

非电离辐射一定安全么?

虽然非电离辐射光子能量不够,无法电离我们体内的分子导致癌症之类的辐射病,但是也并不代表非电离辐射不会通过其他方式来影响我们的身体。对于非电离辐射来说,其对人体的影响主要在于会引发感应电流以及热效应。

感应电流很容易理解,因为电磁波本质上就是个变化的电磁场,所以在经过线圈时,因为楞次定律,线圈内会产生感生电流。实际上我们现在用的无线充电板、非接触式 IC 卡(nfc、交通卡)以及变压器(变电站,充手机用的充电头)就利用了这个原理。

不过因为感应电流一般出现在低频率电磁波:例如无线电以及长波(比如无线电塔、交流电输电线)上,而隔空充电所属的毫米波属于微波范畴,所以隔空充电时一般不会感知到感应电流。

那么隔空充电对单纯人体影响最大的就剩下热效应。正如我们可以使用微波炉加热食物一样,隔空充电所使用的微波也有传递热能的能力。而过量辐射导致的热效应则有可能导致灼伤:比如在太阳底下被晒伤。

所以在国际上,针对电子设备通常采用比吸收率(SAR)作为评价电子产品辐射强度的标准。

比如一个人在正午的太阳底下行走,人体的接收到的 SAR 值大约是 5 ;一般手机正常工作时的平均 SAR 值一般都小于 1 。如果小米隔空充电的 SAR 值能够控制在可以接受的范围内,那么它对人体的影响就不会很大。不过现在小米官方还没有公布包括 SAR 实测值在内的详细技术参数,所以我们的研究也就到此为止了。

补充

在本文中主要是讨论隔空充电的辐射种类是否会对单纯的人体产生影响,所以会有一些没有考虑到的因素,包括但不限于以下四点:

小米的隔空充电技术的发射端并不是一个理想的全向天线,而是使用了相控阵天线进行波束赋形。也就是说在接收端 5W 的情况下,发射端并不需要很高的发射功率:根据微博网友 @卡玛酱Mk2 的计算,小米隔空充电的发射机在发射端大约是 10dBw 量级,与之对应的,4G 基站功率大约为 13~16dBw。

因为发射器在进行波束赋形后相当于一个定向天线,所以只要人体和被充电的对象不在一个直线上,人体所受到的辐射剂量就会变得极小。

虽然微波对人体的感应电流影响有限,但是目前很难说 10W 量级的发射功率对于类似心脏起搏器这种对电磁环境比较敏感的人体植入设备是否会产生影响。

在未来的量产产品中,理论上可以通过降低输出功率、提升转化率、检测到人体自动停止充电等方式进一步降低该技术对人体的影响。

4、总结:

第一,由于小米的隔空充电发射的并不是电离辐射而是比可见光电离能力更差的微波,所以并不用担心照了这玩意儿会导致癌症(讲真,于其担心这还不如担心混在太阳光里的紫外线呢,高频紫外线可是正儿八经的电离辐射)。

第二,在感应电流和热效应之间一般来说对人体影响更大的是热效应,但小米目前并没有公开隔空充电发射端和接收端的 SAR 值,所以暂时还不能得出在热效应方面是否安全的结论。

第三、目前隔空充电的发射端和接收端是否会影响诸如心脏起搏器这类对电磁环境要求很高的器械还有待观察。

第四,目前小米只是公布了隔空充电这项技术,并没有公布正式售卖的商业产品。所以最终做出来的实际产品如何还有待验证。

最后,无论小米的隔空充电技术能否作为商业产品推出,但敢于往之前无人涉及的领域踏出第一步的精神值得肯定。

由于成文时间有限,所以本文难免会有些许错误,如果您是在这方面的专业人士,也欢迎在评论区和我们讨论。


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